Irradiancia Global que llega a la superficie terrestre I

Transcripción

1 rradiancia Global que llega a la superficie terrestre RADACÓN Extraatmosférica: Fuera de la atmósfera Directa: Procede del disco solar y depende de su posición Difusa: Procede de la atmósfera y es la consecuencia de los procesos de reflexión, dispersión y absorción Reflejada: Procede de la reflexión de la radiación incidente sobre el entorno Radiación Global = Directa + Difusa + Reflejada B D R

2 rradiancia: Densidad de Flujo radiante de origen solar [W/m2] rradiación: Energía irradiada por unidad de superficie [Wh/m2] rradiancia Extraatmosférica La radiación solar llega al borde de la atmósfera con una densidad de potencia cuyo valor medio anual es 0 n EA Capa atmosférica 0n 0n EA 1 360n 0.034cos 365. EA = Constante Solar = rradiancia solar sobre una sup. plana normal a los rayos solares, ubicada en el borde externo de la atm terrestre = 1367 (WRC, adoptado), 1370, 1377 [W/m2] n = día juliano = nº del día en el año Las fórmulas presentadas deben trabajarse en radianes

3 rradiancia Global que incide sobre una superficie cualquiera B D R = rradiancia solar Global = Potencia total incidente en una unidad de área plana en la sup. terrestre [W/m2]. = rradiancia solar Directa (beam) = Potencia directa que incide en una unidad B de área plana, normal a la radiación, procedente directamente del disco solar (no sufre cambio de dirección a su paso por la atm) [W/m2]. = rradiancia solar Difusa = Potencia difusa que incide en una unidad de D área, procedente de la difusión (dispersión) de la radiación solar a su paso por la atm y reflexión en nubes [W/m2]. = rradiancia solar Reflejada = Potencia reflejada que incide en una unidad R de área, procedente de la reflexión de la radiación en el entorno [W/m2].

4 rradiancia Global que incide sobre un Colector C BC DC RC Los sistemas FV autónomos y Térmicos en general están fijos y colectan todas las componentes. Es fundamental conocer la componente directa en colectores con concentr.

5 RRADANCA EN CELO CLARO

6 rradiancia Directa Superficie Normal a la radiación directa Radiación Solar Directa B Según un modelo basado en mediciones, para calcular esta se toma en cuenta la B atenuación de la radiación a su paso por la atmósfera. Se aplica la regla del coseno para calcular cuanto llega a un colector Jorge González UNT-FACET Colector Solar 90º BC θ γ B ß Jorge González UNT-FACET

7 rradiancia Difusa Jorge González UNT-FACET Elementos de Difusión D Es más difícil de estimar. Se puede simplificar a través de un modelo isotrópico. Para días totalmente claros 15% de la irradiancia horizontal total es difusa Distribución sotrópica de la Radiación Bóveda Jorge González UNT-FACET β = 0 (la sup. ve toda la bóveda): Elementos de Difusión β = 90º (la sup. ve la ½ de la bóveda) Distribución sotrópica de la Radiación Bóveda Colector Solar β

8 rradiancia Reflejada La reflexión puede ser nula o muy importante R Jorge González UNT-FACET Colector Solar Radiación Difusa Radiación Reflejada Radiación Directa ß Modelo Simple (isotrópico): Area horizontal grande con una reflectancia ρ (albedo) hemisférica total del entorno de 0.8 (nieve) a 0.2 (pasto) La cantidad de radiación reflejada que incide sobre una sup. horizontal,

9 rradiancia global sobre una superficie horizontal: H BH DH RH rradiancia global sobre un colector: C BC DC RC

10 Seguidores Solares Eje de giro A β Eje de Giro B E Eje de Giro C S Jorge González UNT-FACET N α O Cuanta energía se gana colocando sistemas de seguimiento solar en los colectores? Se justifica la inversión? Seguidor de dos ejes: se mueve cambiando dos ángulos. El colector siempre queda normal a la radiación directa del Sol. Seguidor de un eje: se mueve cambiando un ángulo Ver Ejemplo

11 Dado un dispositivo situado a 40º de latitud Norte, se analizará lo que pasa con la radiación solar incidente sobre el mismo, variando diversos ángulos y considerando los días el año. Azimut del colector = 0, significa que está mirando hacia el sur. Jorge González UNT-FACET La orientación α e inclinación β no son críticas para la irradiación anual, pero hay que analizar que pasa mes a mes, ya que existen diferencias estacionales en las radiaciones colectadas.

12 9 8 Panel nclinado 20º, 2350 [kwh/m2 año] Jorge González UNT-FACET rradiación Diaria[kWh/m2-día] Panel nclinado 40º 2410 [kwh/m2 año] Panel nclinado 60º 2210 [kwh/m2 año] enero feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic Producción anual similar para colectores con distinta inclinación, pero muy diferente producción estacional

13 Jorge González UNT-FACET rradiación Diaria[kWh/m2-día] Seguidor dos ejes, 3300 [kwh/m2 año] Seguidor un eje 3170[kWh/m2 año] Panel Fijo nclinado 40º mirando al sur 2410 [kwh/m2 año] enero feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic Producción anual de los seguidores es 25-30% mayor que uno fijo

14 Jorge A. González-UNT-FACET

15 Datos de valores globales sobre superficie horizontal Piranómetro Medidas directas Basados en sensores que transforman energía radiante incidente en señal eléctrica. Lo que más se mide es la irradiancia global horizontal, algo menos la difusa y muy poco la directa. Radiación Directa = Radiación Global (piran.) -Radiación Difusa (piran. con anillo de sombra) Piranómetro con anillo Pirheliómetro Jorge A. González-UNT-FACET

16 Medidas ndirectas Heliofanógrafo Satélites Mediciones en campo

17 rradiación Diaria Media Mensual Bajo hipótesis de cielo claro se podía realizar el cálculo de irradiación global de cielo claro. Las condiciones reales de cielo en un sitio preciso, presenta intermitencia entre cielo claro y cubierto estimación de irradiancia promedio. Metodología de cálculo: Medir y encontrar datos históricos de radiación en el sitio bajo estudio (en general se mide la irradiación global diaria media mensual sobre sup. horizontal ). H A partir de H y por medio de modelos BH Calcular, usando procedimientos de cielo claro las componentes directa y difusa que inciden en el colector BC DC e DH Calcular la irradiación diaria media mensual sobre el colector C

18 Se pueden realizar comparaciones de irradiación diaria entre diferentes ciudades situadas a diferentes latitudes: 8 6 G dm (kwh/m 2 ) Londres (Lat. 51,28º) Madrid (Lat. 40,45º) G dm (kwh/m 2 ) Mes Guantánamo (Lat. 20,1º) Quito (Lat. -0,1º) Promedio anual Jorge A. González-UNT-FACET Mes Promedio anual

19 rradiación [kwh/m2 día] 8 Desierto de Sahara 4 Mucha Nubosidad Muy variable entre el verano y el invierno 0 Jorge A. González-UNT-FACET

20 Se pueden realizar mapas de irradiación La potencia solar incide sobre el disco circular de la Tierra, con un área de 1.27 x m 2. La potencia total que recibe la Tierra es 1.74 x W. Jorge A. González-UNT-FACET

21 Mapas de irradiación rradiación solar global anual sobre superficie horizontal rradiación solar global media sobre superficie plana inclinada a su latitud

22 Mapas de nivel de Radiación Solar en Argentina Verano nvierno Fuente: Grossi Gallegos, Hugo. Red Solarimétrica del Servicio Meteorológico Nacional (SMN ). Argentina de 23 provincias del país presentan valores medios anuales por encima de 5 kwh/m2-día, lo cual lo muestra como apto para la instalación de paneles FV. Jorge A. González-UNT-FACET